JP7355480B2 - モータ装置およびフォークリフト - Google Patents

Description

本発明は、モータ装置およびフォークリフトに関する。

バッテリフォークリフト等のフォークリフトには、ロータおよびステータを含む同期モータが備えられており、同期モータを制御するためには、ステータに対するロータのロータ位置（ロータの電気角）を正確に検出する必要がある。ロータ位置の検出は、同期モータに取り付けられたレゾルバまたはエンコーダ等のセンサによって行われる。

しかしながら、センサの取り付け位置のずれにより、センサで検出されるロータ位置と実際のロータ位置とにずれが生じる。そのずれを修正するために、位置合わせが行われる。例えば、センサがインクリメンタル型のロータリーエンコーダの場合、電源投入時に毎回位置合わせを行う必要がある。

位置合わせでは、一般に直流励磁が行われ、直流励磁の電気角（励磁角）とセンサで検出したロータの電気角（停止角）とが一致するように、物理的にセンサの取り付け位置を修正するか、またはソフト的に電気角のずれ量を修正する（例えば、特許文献１参照）。

直流励磁はロータの初期位置とは無関係に特定の電気角で行われるため、ロータの初期位置によってはロータの移動量が大きくなる。ロータの移動量が大きくなると、位置合わせ時間が長くなり、ロータの移動に伴う動作音が大きくなるという問題が生じる。例えば、図４に示すように、Ａの位置に磁束が発生するように直流励磁が行われた場合、ロータはほぼ動かないが、Ｂの位置に磁束が発生するように直流励磁が行われた場合、ロータは大きく（機械角で約４５度）動き、上記の問題が生じる。

特開２００１－１２８４８４号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、センサの位置合わせ時間を短縮し、位置合わせ時の動作音を低減することが可能なモータ装置およびフォークリフトを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係るモータ装置は、
突極性を有するロータおよびステータを含む同期モータと、
前記ロータのロータ位置を検出するセンサと、
前記ロータ位置に基づいて前記同期モータを制御する制御装置と、
を備えるモータ装置であって、
前記制御装置は、
高周波により前記ロータの電気角の推定値である推定電気角を算出する推定部と、
前記同期モータに対して直流励磁を行う直流励磁部と、
を備え、
前記直流励磁部は、
前記推定部で前記推定電気角が算出されると、前記直流励磁の電気角として、前記推定電気角に最も近い所定角刻みの角度で前記直流励磁を行い、
前記所定角は、前記直流励磁において励磁角と前記ロータの停止角とのずれ量がゼロになる刻み角度であることを特徴とする。

前記モータ装置において、
前記直流励磁部は、
前記直流励磁の前記電気角を電気角Ａとし、前記所定角を所定角Ｂとしたときに、
係数Ｃ＝（推定電気角＋０．５×所定角Ｂ）／所定角Ｂからなる第１式により係数Ｃを算出し、
前記係数Ｃの小数点以下を切り捨てた値を係数Ｄとし、
電気角Ａ＝係数Ｄ×所定角Ｂからなる第２式により前記電気角Ａを算出するよう構成できる。

前記モータ装置において、
前記直流励磁部は、
前記直流励磁の前記電気角を電気角Ａとし、前記所定角を所定角Ｂとしたときに、
係数Ｃ＝推定電気角／所定角Ｂからなる第１式により係数Ｃを算出し、
前記係数Ｃの小数点以下を四捨五入した値を係数Ｄとし、
電気角Ａ＝係数Ｄ×所定角Ｂからなる第２式により前記電気角Ａを算出するよう構成できる。

前記課題を解決するために、本発明に係るモータ装置は、
突極性を有するロータおよびステータを含む同期モータと、
前記ロータのロータ位置を検出するセンサと、
前記ロータ位置に基づいて前記同期モータを制御する制御装置と、
を備えるモータ装置であって、
前記制御装置は、
高周波により前記ロータの電気角の推定値である推定電気角を算出する推定部と、
前記同期モータに対して直流励磁を行う直流励磁部と、
前記推定電気角ごとに、前記直流励磁において励磁角と前記ロータの停止角とのずれ量が最小になる前記直流励磁の電気角が関連付けられたデータを格納する記憶部と、
を備え、
前記直流励磁部は、
前記推定部で前記推定電気角が算出されると、前記データに基づいて前記電気角を算出し、算出した前記電気角で前記直流励磁を行うことを特徴とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るフォークリフトは、
前記いずれかのモータ装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、センサの位置合わせ時間を短縮し、位置合わせ時の動作音を低減することが可能なモータ装置およびフォークリフトを提供することができる。

本発明に係るモータ装置のブロック図である。 本発明に係る同期モータの平面図である。 直流励磁の電気角（励磁角）に対するロータの電気角（停止角）のずれ量を示す図である。 直流励磁の磁束とロータの移動量との関係を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るモータ装置およびフォークリフトの実施形態について説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るモータ装置１を示す。モータ装置１は、同期モータ１０と、センサ２０と、制御装置３０とを備える。モータ装置１は、例えば、バッテリフォークリフト等のフォークリフトに搭載され、フォークリフトに荷役動作を行わせるための荷役装置および／またはフォークリフトを走行させるための走行装置の駆動源として用いられる。

同期モータ１０は、例えば、三相同期モータである。同期モータ１０は、図２に示すように、シャフト１１を有するロータ１２と、ロータ１２を回転させるステータ１３とを含む。ロータ１２は、突極性を有する。ステータ１３には、複数のスロット１４が形成されており、スロット１４内には図示しないコイルが配置されている。

センサ２０は、シャフト１１に取り付けられ、ステータ１３に対するロータ１２のロータ位置（例えば、ロータ１２の電気角）を検出するよう構成されている。センサ２０として、例えば、インクリメンタル型のロータリーエンコーダを用いる。

制御装置３０は、駆動部３１と、推定部３２と、直流励磁部３３とを含み、同期モータ１０を制御するよう構成されている。

駆動部３１は、センサ２０が検出したロータ位置に基づいて、同期モータ１０を制御するよう構成されている。駆動部３１は、例えば、同期モータ１０を回転させるためのインバータ回路と、当該インバータ回路を制御するための制御回路とを含む。

推定部３２は、制御装置３０に電源電圧が供給されると（例えば、フォークリフトの電源が投入されると）、センサ２０の位置合わせを行うために、高周波によりロータ１２の電気角の推定値である推定電気角を算出するよう構成されている。推定部３２は、センサレス制御で一般的に用いられている高周波位置推定を実行する。

例えば、突極性を有するロータ１２は、ロータ位置（ロータ１２の電気角）によってインダクタンスが異なるため、高周波電圧を印加した際にコイルに流れる高周波電流の振幅値が電気角によって変化する。ｄ－ｑ座標系においてｄ軸にのみ高周波電圧を印加した場合、高周波電圧を印加するｄ軸とロータ１２の実際のｄ軸とが一致していると、ｑ軸に高周波電流は流れないが、高周波電圧を印加するｄ軸とロータ１２の実際のｄ軸とがずれていると、そのずれ量に応じた高周波電流がｑ軸に流れる。推定部３２は、ｑ軸の高周波電流がゼロとなる角度を探すことで、推定電気角を算出することができる。

直流励磁部３３は、センサ２０の位置合わせとして、同期モータ１０に対して直流励磁を行うよう構成されている。直流励磁部３３は、推定部３２で推定電気角が算出されると、直流励磁の電気角（励磁角）として、推定電気角に最も近い所定角刻みの角度で直流励磁を行う。所定角は、直流励磁の電気角（励磁角）とロータ１２の電気角（停止角）とのずれ量がゼロになる電気角の刻み角度（本実施形態では、１５度）である。なお、刻み角度同士にずれがある場合は、複数の刻み角度の平均値を所定角としてもよい。

図３に、直流励磁の電気角（励磁角）に対するロータ１２の電気角（停止角）のずれ量を示す。同図に示すように、直流励磁の電気角を０度から１８０度まで変化させた場合、ロータ１２の電気角とのずれ量は所定の範囲（図３では、－４度から＋４度の範囲）で変化する。このずれ量は、同期モータ１０の設計によって決まるため、設計が異なる同期モータ１０ごとに予め測定しておく必要がある。この測定結果より、ずれ量がゼロになる電気角（本実施形態では、１５度刻みの電気角）で直流励磁を行えば、直流励磁の電気角（励磁角）とロータ１２の電気角（停止角）とを一致させることができる。

直流励磁部３３は、直流励磁を行う電気角（励磁角）をＡとし、所定角をＢ（本実施形態では、Ｂ＝１５度）としたときに、係数Ｃ＝（推定電気角＋０．５×所定角Ｂ）／所定角Ｂからなる第１式により係数Ｃを算出し、係数Ｃの小数点以下を切り捨てた値を係数Ｄとし、電気角Ａ＝係数Ｄ×所定角Ｂからなる第２式により電気角Ａを算出する。

例えば、下記の表１に示すように、推定電気角が０度、７．４度の場合、電気角Ａは０度となる。推定電気角が７．５度、１５．０度、２２．４度の場合、電気角Ａは１５度となる。推定電気角が２２．５度の場合、電気角Ａは３０度となる。

結局、本実施形態に係るモータ装置１では、推定部３２で推定電気角が算出されると、直流励磁部３３が推定電気角に最も近い１５度刻みの電気角で直流励磁を行うので、高精度にセンサ２０の位置合わせを行うことができる。その結果、センサ２０の位置合わせ時間を短縮し、位置合わせ時の動作音を低減することが可能となる。

なお、直流励磁を行った後は、物理的にセンサ２０の取り付け位置を修正してもよいし、または制御装置３０（例えば、駆動部３１の制御回路）でソフト的に電気角のずれ量を修正してもよい。

以上、本発明に係るモータ装置およびフォークリフトの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

［変形例］
例えば、本発明の直流励磁部は、電気角を電気角Ａとし、所定角を所定角Ｂとしたときに、係数Ｃ＝推定電気角／所定角Ｂからなる第１式により係数Ｃを算出し、係数Ｃの小数点以下を四捨五入した値を係数Ｄとし、電気角Ａ＝係数Ｄ×所定角Ｂからなる第２式により電気角Ａを算出してもよい。

本発明の制御装置は、推定電気角ごとに、直流励磁において直流励磁の電気角（励磁角）とロータの電気角（停止角）とのずれ量が最小（例えば、ゼロ）になる電気角が関連付けられたデータ（例えば、テーブルデータ）を格納する記憶部を備えていてもよい。上記データは、例えば、直流励磁の電気角に対するロータの電気角のずれ量の測定結果（図３参照）に基づいて、電気角のずれ量をデータ化することで生成できる。この場合、推定部で推定電気角が算出されると、直流励磁部は、上記データに基づいて電気角を算出し、算出した電気角で直流励磁を行う。この構成によれば、上記データを格納するための記憶部を確保する必要はあるが、上記実施形態と比較して、より高精度にセンサの位置合わせを行うことができる。

本発明のセンサは、インクリメンタル型のロータリーエンコーダに限定されるものではなく、任意のセンサを用いることができる。例えば、レゾルバのように絶対角度を検出可能なセンサを用いる場合、センサの位置合わせは組み立て時の１回だけであるが、本発明によれば、その際の位置合わせ時間を短縮し、位置合わせ時の動作音を低減することができる。

１ モータ装置
１０ 同期モータ
１１ シャフト
１２ ロータ
１３ ステータ
１４ スロット
２０ センサ
３０ 制御装置
３１ 駆動部
３２ 推定部
３３ 直流励磁部

Claims (5)

1. 突極性を有するロータおよびステータを含む同期モータと、
   前記ロータのロータ位置を検出するセンサと、
   前記ロータ位置に基づいて前記同期モータを制御する制御装置と、
   を備えるモータ装置であって、
   前記制御装置は、
   高周波により前記ロータの電気角の推定値である推定電気角を算出する推定部と、
   前記同期モータに対して直流励磁を行う直流励磁部と、
   を備え、
   前記直流励磁部は、
   前記推定部で前記推定電気角が算出されると、前記直流励磁の電気角として、前記推定電気角に最も近い所定角刻みの角度で前記直流励磁を行い、
   前記所定角は、前記直流励磁において励磁角と前記ロータの停止角とのずれ量がゼロになる単一の刻み角度であり、
   前記直流励磁部は、前記単一の刻み角度である前記所定角を記憶しており、前記推定電気角と前記所定角とに基づいて前記電気角を算出する
   ことを特徴とするモータ装置。
2. 前記直流励磁部は、
   前記直流励磁の前記電気角を電気角Ａとし、前記所定角を所定角Ｂとしたときに、
   係数Ｃ＝（推定電気角＋０．５×所定角Ｂ）／所定角Ｂからなる第１式により前記係数Ｃを算出し、
   前記係数Ｃの小数点以下を切り捨てた値を係数Ｄとし、
   電気角Ａ＝係数Ｄ×所定角Ｂからなる第２式により前記電気角Ａを算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
3. 前記直流励磁部は、
   前記直流励磁の前記電気角を電気角Ａとし、前記所定角を所定角Ｂとしたときに、
   係数Ｃ＝推定電気角／所定角Ｂからなる第１式により前記係数Ｃを算出し、
   前記係数Ｃの小数点以下を四捨五入した値を係数Ｄとし、
   電気角Ａ＝係数Ｄ×所定角Ｂからなる第２式により前記電気角Ａを算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
4. 突極性を有するロータおよびステータを含む同期モータと、
   前記ロータのロータ位置を検出するセンサと、
   前記ロータ位置に基づいて前記同期モータを制御する制御装置と、
   を備えるモータ装置であって、
   前記制御装置は、
   高周波により前記ロータの電気角の推定値である推定電気角を算出する推定部と、
   前記同期モータに対して直流励磁を行う直流励磁部と、
   前記推定電気角ごとに、前記直流励磁において励磁角と前記ロータの停止角とのずれ量が最小になる前記直流励磁の電気角が関連付けられたデータを格納する記憶部と、
   を備え、
   前記データは、前記同期モータを用いて前記励磁角を０度から１８０度まで変化させた場合における前記ずれ量の変化を予め測定した測定結果に基づいて、前記ずれ量が最小になる前記電気角をデータ化したものであり、
   前記直流励磁部は、
   前記推定部で前記推定電気角が算出されると、前記記憶部に格納された前記データに基づいて前記電気角を算出し、算出した前記電気角で前記直流励磁を行う
   ことを特徴とするモータ装置。
5. 請求項１～４のいずれかに記載のモータ装置を備える
   ことを特徴とするフォークリフト。

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